JP2020110949A - 画像形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】酸化チタンおよびゲル化剤を含む活性線硬化型白色インクによって形成された硬化膜上に、活性線硬化型インクによって硬化膜を形成したときに、硬化膜間の接着力を高くすることができる画像形成方法を提供する。【解決手段】酸化チタンおよびゲル化剤を含有する活性線硬化型白色インクを、記録媒体160の表面に付着させる第1画像形成工程と、活性線を照射して、白色インクを硬化させる第1露光工程と、活性線重合性化合物を含有するインクジェット用の活性線硬化型インクを、白色インクが硬化してなる白色硬化膜の表面に付着させる第2画像形成工程と、白色硬化膜の表面に付着させたインクジェット用の活性線硬化型インクに、活性線を照射して、インクジェット用の活性線硬化型インクを硬化させる第2露光工程と、を有し、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが0.05μm以上0.30μm以下である。【選択図】図1

Description

本発明は、画像形成方法に関する。
インクジェット方式による画像形成方法は、簡易かつ安価に画像を形成できることから、各種印刷分野で用いられている。インクジェット用のインクの一種として、活性線が照射されることで硬化する活性線重合性化合物および重合開始剤を含有するインク(以下、単に「活性線硬化型インク」ともいう)が知られている。活性線硬化型インクの液滴を記録媒体の表面に付着させ、付着した液滴に活性線を照射すると、インクが硬化してなる硬化膜が記録媒体の表面に形成される。この硬化膜を形成していくことで、所望の画像を形成することができる。また、活性線硬化型インクによる画像形成方法は、記録媒体の吸水性にかかわらずに高い密着性を有する画像を形成できることから注目されている。
また、活性線硬化型白色インクおよび活性線硬化型カラーインクを併用することによって所望の美観を作り出す画像形成方法が知られている。たとえば、透明フィルムや蒸着紙にインクジェットインクで画像形成する場合、隠蔽性を有する活性線硬化型白色インクを透明フィルムや蒸着紙に付着、硬化させて、白色硬化膜を作り、その上に活性線硬化型カラーインクを用いて硬化膜を形成して視認性を高める画像形成方法が知られている。
たとえば、特許文献1は、ホワイト系の色材を含む第1インクを硬化させて、硬化させた第1インク上に第2インクを吐出し、硬化させる記録方法を開示している。ここで、一般に、活性線硬化型白色インクの顔料として、高い隠蔽性を有する酸化チタンが用いられることが知られている。
特開2011−218794号公報
本発明者らは、顔料として酸化チタン、およびゲル化剤含む活性線硬化型白色インクによって形成した硬化膜の表面に、活性線硬化型インク(以下、第2インクともいう)による硬化膜を形成すると、硬化膜間の接着性が低い場合があることを見いだした。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、酸化チタンおよびゲル化剤を含む活性線硬化型白色インクによって形成された硬化膜の表面に、活性線硬化型インクによって硬化膜を形成したときに、硬化膜間の接着力を高くすることができる画像形成方法を提供することを目的とする。
本発明は、活性線重合性化合物、ゲル化剤、および酸化チタンを含有するインクジェット用の活性線硬化型白色インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、記録媒体の表面に付着させる第1画像形成工程と、前記記録媒体の表面に付着させた前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクに、活性線を照射して、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクを硬化させる第1露光工程と、活性線重合性化合物を含有するインクジェット用の活性線硬化型インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクが硬化してなる白色硬化膜の表面に付着させる第2画像形成工程と、前記白色硬化膜の表面に付着させた前記インクジェット用の活性線硬化型インクに、活性線を照射して、前記インクジェット用の活性線硬化型インクを硬化させる第2露光工程と、を有し、前記白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが0.05μm以上0.30μm以下である、画像形成方法である。
本発明の画像形成方法によれば、酸化チタンおよびゲル化剤を含む活性線硬化型白色インクによって形成された硬化膜の表面に、活性線硬化型インクによって硬化膜を形成したときに、硬化膜間の接着力を高くすることができる。
図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の例示的な構成を示す模式図である。
本発明に係る画像形成方法は、(1)活性線重合性化合物、ゲル化剤、および酸化チタンを含有するインクジェット用の活性線硬化型白色インク(白色インク)を、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、記録媒体の表面に付着させる第1画像形成工程と、(2)前記記録媒体の表面に付着させた前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクに、活性線を照射して、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクを硬化させる第1露光工程と、(3)活性線重合性化合物を含有するインクジェット用の活性線硬化型インク(第2インク)を、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクが硬化してなる白色硬化膜の表面に付着させる第2画像形成工程と、(4)前記白色硬化膜の表面に付着させた前記インクジェット用の活性線硬化型インクに、活性線を照射して、前記インクジェット用の活性線硬化型インクを硬化させる第2露光工程と、を有し、前記白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが0.05μm以上0.30μm以下である、画像形成方法である。
本発明者らの知見によれば、本発明によって上記の課題が解決できる理由は以下のように考えられる。
白色硬化膜と第2インクの硬化膜との接着性に関しては、白色硬化膜の表面の粗さによるアンカー効果の寄与が大きいと考えられる。したがって、一般に、白色硬化膜の表面の粗さがより大きいと、アンカー効果による接着性の向上の度合いが大きくなるため、白色硬化膜と第2インクの硬化膜との接着性が良好になると考えられる。
ここで、ゲル化剤を含むインクを硬化させてなる硬化膜の表面は、記録媒体にインクが付着した後に結晶化したゲル化剤の析出によって、凹凸が生じることが知られている。そのため、ゲル化剤を含むインクを硬化させてなる硬化膜の表面は、他のインクによる硬化膜の接着性がより高いと期待される。
しかしながら、疎水性が高く、表面がより粗い表面では、ハス効果により濡れ性が低下することが知られている(Wenzelの式参照)。すなわち、白色硬化膜の表面の疎水性が高い場合、白色硬化膜と第2インクの硬化膜との接着性は、単に白色硬化膜の表面がより粗ければアンカー効果により大きくなるというものではなく、濡れ性の低下によるハジキの影響もうける。
ここで、上記のように白色インクの顔料として酸化チタンを含む活性線硬化型ゲルインクを用いると、酸化チタンは他の顔料に比べ親水的なため、親水的である酸化チタンに対して疎水的なゲル化剤が反発して、ゲル化剤が白色硬化膜の表面に析出しやすい。また、有色顔料は一般にゲル化剤に対する結晶造核剤として作用し、ゲル化剤の結晶サイズをより小さくするのに対し、酸化チタンはゲル化剤との相互作用が弱いためゲル化剤に対する結晶造核剤として機能しにくく、酸化チタンを含む白色インクでは析出するゲル化剤の結晶サイズが増大しやすい。その結果、酸化チタンおよびゲル化剤を含む白色インクが硬化してなる白色硬化膜の表面は疎水的なゲル化剤がより多くなって疎水性が高くなり、さらにはゲル化剤の結晶サイズが大きくなることで表面がより粗くなるため、ハス効果が発現しやすくなると考えられる。
このように、顔料として酸化チタンを用いると、ハス効果により、白色インク硬化膜と第2インクの硬化膜との接着性が悪くなることがあると考えられる。
これに対して、本発明では、上記のように白色硬化膜の表面の算術平均高さSaを0.05μm以上0.30μm以下とすることによって、白色硬化膜と第2インクの硬化膜とのアンカー効果による接着性を担保しつつ、ハス効果による第2インクのハジキを抑制することで、白色硬化膜と第2インクの硬化膜との間において良好な接着性が得られると考えられる。
なお、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaは、白色硬化膜の形状の3次元パラメーターをもとに、ISO25178−2に準拠して測定される。3次元パラメーターは、画像表面をレーザー等で走査して得られる物体の形状を表す情報であるが、測定方法は接触式でも非接触式でもよい。
本発明の一態様において、レーザー顕微鏡などを用いて単一のドットを観察し、当該ドット中心部の20μm×20μmの範囲内に、基準長20μmの範囲を設定し、当該範囲の高さデータを測定する。上記範囲のSaは、上記測定された高さデータから算出することができる。なお、上記高さデータは、Saを算出する前にローパスフィルター(S−フィルター)およびハイパスフィルター(L−フィルター)によってノイズおよびうねりなどを適宜補正することが好ましい。
このとき、複数のドット毎に基準長20μmの範囲を設定して、これら複数のドットから測定された上記Saの平均値が0.05μm以上0.30μm以下であることが好ましい。たとえば、10個のドットの表面にそれぞれ任意に選択された10箇所の基準長20μmの範囲から測定された上記Saの平均値が0.05μm以上0.30μm以下であることが好ましい。
1.第1画像形成工程
第1画像形成工程は、活性線重合性化合物、ゲル化剤、および酸化チタンを含有するインクジェット用の活性線硬化型白色インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、記録媒体上に付着させて、白色画像を形成する工程である。
1−1.白色インク
第1画像形成工程で使用する活性線硬化型白色インクは、顔料として酸化チタン、活性線重合性化合物、ゲル化剤を含む活性線硬化型白色インク(以下、単に「白色インク」ともいう)である。また、白色インクは、重合開始剤、界面活性剤および重合禁止剤を含んでもよい。以下、各成分の詳細な説明を通じて本発明に係る白色インクについて説明を行う。
1−1−1.顔料
本発明の白色インクには、顔料として酸化チタンが含まれる。本発明の白色インクは、上記酸化チタンを、上記白色インクの全質量に対して、5質量%以上30質量%以下の含有量で含むことが好ましく、8質量%以上20質量%以下の含有量で含むことがより好ましく、5質量%以上15質量%以下の含有量で含むことがより好ましい。
上記白色顔料として使用できる酸化チタンの結晶形態には、ルチル型、アナターゼ型およびブルーカイト型などがある。比重が小さく、小粒径化しやすい観点からは、アナターゼ型が好ましく、可視光領域における屈折率が大きく、隠蔽性が高い観点からは、ルチル型が好ましい。本発明の白色インクには、上記結晶形態の酸化チタンから1種類を用いてもよいし、結晶形態の異なる酸化チタンを組み合わせて用いてもよい。
上記酸化チタンの重量平均粒子径は、50nm以上500nm以下であることが好ましく、100nm以上300nm以下であることがより好ましい。酸化チタンの重量平均粒子径を50nm以上とすることで、十分な隠蔽性を有するインクが得られる。一方、酸化チタンの重量平均粒子径を500nm以下とすることで、酸化チタンを安定して分散させることができ、インクの保存性や射出安定性を高めることができる。
また、本発明では、市販の酸化チタンを用いてもよい。本発明に用いることのできる市販の酸化チタンの例には、CR−EL、CR−50、CR−80、CR−90、R−780およびR−930(いずれも石原産業株式会社製)、TCR−52、R−310およびR−32(いずれも堺化学工業株式会社製)、KR−310、KR−380およびKR−380N(いずれもチタン工業株式会社)等が含まれる。
1−1−2.活性線重合性化合物
上記白色インクには、活性線重合性化合物が含まれる。活性線重合性化合物は、活性線の照射により架橋または重合する化合物である。活性線の例には、電子線、紫外線、α線、γ線およびエックス線などが含まれる。上記活性線の中では、紫外線または電子線が好ましい。
また、上記活性線重合性化合物の含有量は、例えば、上記白インクの全質量に対して1.0質量%以上97質量%以下とすることが好ましく、30質量%以上90質量%以下とすることが好ましい。
また、上記活性線の照射により架橋または重合する活性線重合性化合物の例には、ラジカル重合性化合物、カチオン重合性化合物、またはそれらの混合物が含まれる。上記活性線重合性化合物の中では、ラジカル重合性化合物が好ましい。上記白色インク中に含まれるラジカル重合性化合物は、一種のみであってもよいし、二種以上であってもよい。なお、ラジカル重合性化合物は、モノマー、重合性オリゴマー、プレポリマーおよびこれらの混合物のいずれであってもよい。
ここで、ラジカル重合性化合物とは、分子中にエチレン性不飽和二重結合基を有する化合物である。ラジカル重合性化合物は、単官能モノマーまたは多官能モノマーでありうる。ラジカル重合性化合物の例には、不飽和カルボン酸エステル化合物である、(メタ)アクリレートが含まれる。なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレートまたはメタアクリレートを意味し、「(メタ)アクリロイル基」は、アクリロイル基またはメタアクリロイル基を意味し、「(メタ)アクリル」は、アクリルまたはメタクリルを意味する。
単官能の(メタ)アクリレートの例には、イソアミル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソミルスチル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル−ジグリコール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチル−フタル酸およびt−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレートが含まれる。
多官能の(メタ)アクリレートの例には、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのPO付加物ジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレートおよびトリプロピレングリコールジアクリレートなどの2官能の(メタ)アクリレート;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートなどの3官能の(メタ)アクリレート;ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレートおよびペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレートなどの3官能以上の(メタ)アクリレート;ポリエステルアクリレートオリゴマーを含む(メタ)アクリロイル基を有するオリゴマー、ならびにこれらの変性物などが含まれる。上記変性物の例には、エチレンオキサイド基を挿入したエチレンオキサイド変性(EO変性)アクリレート、およびプロピレンオキサイドを挿入したプロピレンオキサイド変性(PO変性)アクリレートが含まれる。
また、本発明で使用する上記ラジカル重合性化合物は、少なくとも一部がエチレンオキサイド変性(メタ)アクリレート化合物であることが好ましい。エチレンオキサイド変性(メタ)アクリレート化合物は感光性が高く、インクが低温下でゲル化する際に、カードハウス構造を形成しやすいからである。また、エチレンオキサイド変性(メタ)アクリレート化合物は、高温下で他のインク成分に対して溶解しやすく、硬化収縮も少ないことから、印刷物のカールも起こりにくい。
また、カチオン重合性化合物とは、カチオン重合性基を有する化合物である。カチオン重合性化合物の例には、エポキシ化合物、ビニルエーテル化合物およびオキセタン化合物などが含まれる。
上記エポキシ化合物の例には、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビニルシクロヘキセンモノエポキサイド、ε−カプロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、1−メチル−4−(2−メチルオキシラニル)−7−オキサビシクロ[4,1,0]ヘプタン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサノン−メタ−ジオキサンおよびビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテルなどの脂環式エポキシ樹脂、1,4−ブタンジオールのジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールのジグリシジルエーテル、グリセリンのトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンのトリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテル、プロピレングリコールのジグリシジルエーテル、エチレングリコール、プロピレングリコール、およびグリセリンなどの脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドなど)を付加することにより得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテルなどを含む脂肪族エポキシ化合物、ならびに、ビスフェノールAまたはそのアルキレンオキサイド付加体のジまたはポリグリシジルエーテル、水素添加ビスフェノールAまたはそのアルキレンオキサイド付加体のジまたはポリグリシジルエーテル、およびノボラック型エポキシ樹脂などを含む芳香族エポキシ化合物などが含まれる。
上記ビニルエーテル化合物の例には、エチルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、オクタデシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、イソプロペニルエーテル−o−プロピレンカーボネート、ドデシルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、およびオクタデシルビニルエーテルなどを含むモノビニルエーテル化合物、ならびにエチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ジプロピレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、およびトリメチロールプロパントリビニルエーテルなどを含むジまたはトリビニルエーテル化合物などが含まれる。
上記オキセタン化合物の例には、3−ヒドロキシメチル−3−メチルオキセタン、3−ヒドロキシメチル−3−エチルオキセタン、3−ヒドロキシメチル−3−プロピルオキセタン、3−ヒドロキシメチル−3−ノルマルブチルオキセタン、3−ヒドロキシメチル−3−フェニルオキセタン、3−ヒドロキシメチル−3−ベンジルオキセタン、3−ヒドロキシエチル−3−メチルオキセタン、3−ヒドロキシエチル−3−エチルオキセタン、3−ヒドロキシエチル−3−プロピルオキセタン、3−ヒドロキシエチル−3−フェニルオキセタン、3−ヒドロキシプロピル−3−メチルオキセタン、3−ヒドロキシプロピル−3−エチルオキセタン、3−ヒドロキシプロピル−3−プロピルオキセタン、3−ヒドロキシプロピル−3−フェニルオキセタン、3−ヒドロキシブチル−3−メチルオキセタン、1,4ビス{[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン、3−エチル−3−(2−エチルヘキシロキシメチル)オキセタンおよびジ[1−エチル(3−オキセタニル)]メチルエーテルなどが含まれる。
また、本発明で使用する活性線重合性化合物は、多官能の活性線重合性化合物を含み、単官能の活性線重合性化合物を含んでもよい。ただし、上記単官能の活性線重合性化合物の含有量は、上記白色インクの全質量に対して0質量%以上20質量%以下であることが好ましく、0質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。上記単官能の活性線重合性化合物の含有量が上記白色インクの全質量に対して20質量%以下であると、多官能の活性線重合性化合物が重合および架橋してより密な網目状の炭化水素鎖を生成するため、未反応の活性線重合性化合物などが上記網目状の炭化水素鎖の隙間を通過することにより硬化膜から生じる臭気をより少なくすることができる。
1−1−3.重合開始剤
上記白色インクは、必要に応じて重合開始剤をさらに含んでもよい。
上記重合開始剤の含有量は、活性線の照射によって上記白色インクが十分に硬化し、かつ上記白色インクの吐出性を低下させない範囲において、任意に設定することができる。たとえば、上記重合開始剤の含有量は、上記白色インクの全質量に対して、0.1質量%以上20質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上12質量%以下であることがより好ましい。
上記重合開始剤は、上記活性線重合性化合物の重合を開始できるものであれば、特に限定されない。たとえば、上記白色インクがラジカル重合性化合物を有するときは、重合開始剤は光ラジカル開始剤とすることができ、上記白色インクがカチオン重合性化合物を有するときは、重合開始剤は光カチオン開始剤(光酸発生剤)とすることができる。なお、電子線の照射により上記白色インクを硬化させるときなど、重合開始剤がなくても上記白色インクが十分に硬化できるときは、重合開始剤は不要である。
ラジカル重合開始剤には、分子内結合開裂型のラジカル重合開始剤と分子内水素引き抜き型のラジカル重合開始剤とが含まれる。
分子内結合開裂型のラジカル重合開始剤の例には、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、2−メチル−2−モルホリノ(4−メチルチオフェニル)プロパン−1−オン、および2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノンなどを含むアセトフェノン系の開始剤、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、およびベンゾインイソプロピルエーテルなどを含むベンゾイン類、2,4,6−トリメチルベンゾインジフェニルホスフィンオキシドなどを含むアシルホスフィンオキシド系の開始剤、ならびに、ベンジルおよびメチルフェニルグリオキシエステルなどが含まれる。
分子内水素引き抜き型のラジカル重合開始剤の例には、ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチル−ジフェニルサルファイド、アクリル化ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、および3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノンなどを含むベンゾフェノン系の開始剤、2−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントンなどを含むチオキサントン系の開始剤、ミヒラーケトン、4,4’−ジエチルアミノベンゾフェノンなどを含むアミノベンゾフェノン系の開始剤、10−ブチル−2−クロロアクリドン、2−エチルアンスラキノン、9,10−フェナンスレンキノン、ならびにカンファーキノンなどが含まれる。
カチオン系の重合開始剤の例には、光酸発生剤が含まれる。光酸発生剤の例には、ジアゾニウム、アンモニウム、ヨードニウム、スルホニウム、およびホスホニウムなどを含む芳香族オニウム化合物のB(C 、PF 、AsF 、SbF 、CFSO 塩など、スルホン酸を発生するスルホン化物、ハロゲン化水素を光発生するハロゲン化物、ならびに鉄アレン錯体などが含まれる。
1−1−4.ゲル化剤
上記白色インクは、ゲル化剤を含有する。ゲル化剤は、常温では固体であるが、加熱すると液体となることにより、上記白色インクを温度変化に応じてゾルゲル相変移させることができる有機物である。
上記ゲル化剤の含有量は、上記白色インクの全質量に対して、0.3質量%以上8.0質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上5質量%以下であることがより好ましく、0.8質量%以上3.5質量%以下であることがより好ましい。
また、上記ゲル化剤の含有量がより少なければ、白色硬化膜の表面に析出するゲル化剤の結晶の量も少なくなるため、白色硬化膜の表面の粗さもより低下させることができる。上記観点からは、上記ゲル化剤の含有量は、上記白色インクの全質量に対して、0.3質量%以上2.0質量%以下であることが好ましい。
また、上記ゲル化剤は、インクのゲル化温度以下の温度で、インク中で結晶化することが好ましい。ここで、ゲル化温度とは、加熱によりゾル化または液体化したインクを冷却していったときに、インクがゾルからゲルに相転移し、インクの粘度が急変する温度をいう。具体的には、ゾル化または液体化したインクを、例えば、レオメータ MCR300(AntonPaar社製)で粘度を測定しながら冷却していき、粘度が急激に上昇した温度を、そのインクのゲル化温度とすることができる。
また、インクの液滴をインクジェット記録装置から安定に吐出するためには、ゾル状のインク(高温時、たとえば80℃程度)において、ラジカル重合性化合物とゲル化剤との相溶性が良好であることが必要である。
上記ゲル化剤がインク中で結晶化すると、板状に結晶化した上記ゲル化剤によって形成された三次元空間に活性線重合性化合物が内包される構造が形成されることがある(このような構造を、以下「カードハウス構造」という)。カードハウス構造が形成されると、液体の活性線重合性化合物が上記空間内に保持されるため、インクが付着して形成されたドットがより濡れ広がりにくくなり、インクのピニング性がより高まる。インクのピニング性が高まると、インクが記録媒体に付着して形成されたドット同士が合一しにくくなる。
また、上記白色インクにゲル化剤が含有されている場合には、後述する第1露光工程後に形成される白色硬化膜の表面にゲル化剤の結晶が析出した状態となる。この析出したゲル化剤の結晶は、典型的にはある程度の長さの炭化水素鎖を有するため、第2インクの硬化物中の、活性線重合性化合物の重合および架橋により生成した炭化水素鎖との間の親和性が高い。また、第2インクを硬化した後には、第2インク中に含まれるゲル化剤の結晶が、第2インクの硬化物のうち上記白色硬化膜との界面に析出するが、上記白色硬化膜の表面に析出したゲル化剤の結晶は、この第2インクの硬化物から析出したゲル化剤の結晶とも親和性が高い。そのため、ゲル化剤は、第2インクの硬化物と白色硬化膜との間に相互作用を生じさせて、第2インクの硬化物と白色硬化膜との間の密着性をより向上させることができる。
カードハウス構造の形成に適した上記ゲル化剤の例には、脂肪族ケトン化合物、脂肪族エステル化合物、脂肪酸アミド、N−置換脂肪酸アミド、特殊脂肪酸アミドおよび高級アミンなどが含まれる。
上記ゲル化剤は、前述の「カードハウス構造」を形成しやすい観点から、炭素数が9以上25以下の直鎖状又は分岐を有する炭化水素基を含むことが好ましい。
中でも、下記一般式(G1)で表される構造を有する脂肪族ケトン及び下記一般式(G2)で表される構造を有する脂肪族エステルが特に好ましい。
一般式(G1):R−CO−R
一般式(G2):R−COO−R
上記一般式(G1)又は(G2)において、R〜Rは、それぞれ独立に、炭素数が9以上25以下である直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基を表す。炭化水素基は、アルキル基であることが好ましい。
一般式(G1)おいて、R及びRで表される炭化水素基は、特に制限されないが、炭素数が9〜25の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基であることが好ましく、炭素数が12〜25の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基であることがより好ましい。炭素数が9〜25および12〜25の炭化水素基は直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることがより好ましい。
上記一般式(G1)で表される脂肪族ケトン化合物の例には、18−ペンタトリアコンタノン(C17−C17)、ジリグノセリルケトン(C24−C24)、ジベヘニルケトン(C22−C22)、ジステアリルケトン(C18−C18)、ジエイコシルケトン(C20−C20)、ジパルミチルケトン(C16−C16)、ジミリスチルケトン(C14−C14)、ジラウリルケトン(C12−C12)、ラウリルミリスチルケトン(C12−C14)、ラウリルパルミチルケトン(C12−C16)、ミリスチルパルミチルケトン(C14−C16)、ミリスチルステアリルケトン(C14−C18)、ミリスチルベヘニルケトン(C14−C22)、パルミチルステアリルケトン(C16−C18)、バルミチルベヘニルケトン(C16−C22)、ステアリルベヘニルケトン(C18−C22)等が含まれる。なお、上記括弧内の炭素数は、カルボニル基で分断される2つの炭化水素基それぞれの炭素数を表す。
一般式(G1)で表される化合物の市販品の例には、18−Pentatriacontanon(AlfaAeser社製)、Hentriacontan−16−on(Alfa Aeser社製)、カオーワックスT1(花王株式会社製)等が含まれる。インクに含まれる脂肪族ケトン化合物は、一種類のみであってもよく、二種類以上の混合物であってもよい。
一般式(G2)おいて、R及びRで表される炭化水素基は、特に制限されないが、炭素数が9〜25の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基であることが好ましく、炭素数12〜25の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基であることがより好ましい。炭素数が9〜25および12〜25の炭化水素基は直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることがより好ましい。
一般式(G2)で表される脂肪族エステル化合物の例には、ベヘニン酸ベヘニル(C21−C22)、イコサン酸イコシル(C19−C20)、ステアリン酸ステアリル(C17−C18)、ステアリン酸パルミチル(C17−C16)、ステアリン酸ラウリル(C17−C12)、パルミチン酸セチル(C15−C16)、パルミチン酸ステアリル(C15−C18)、ミリスチン酸ミリスチル(C13−C14)、ミリスチン酸セチル(C13−C16)、ミリスチン酸オクチルドデシル(C13−C20)、オレイン酸ステアリル(C17−C18)、エルカ酸ステアリル(C21−C18)、リノール酸ステアリル(C17−C18)、オレイン酸ベヘニル(C18−C22)、セロチン酸ミリシル(C25−C16)、リノール酸アラキジル(C17−C20)等が含まれる。なお、上記括弧内の炭素数は、エステル基で分断される2つの炭化水素基それぞれの炭素数を表す。
一般式(G2)で表される脂肪族エステル化合物の市販品の例には、ユニスターM−2222SL(日油社製)、ユニスターM−9796(日油社製)、エキセパールSS(花王社製)、EMALEX CC−18(日本エマルジョン社製)、アムレプスPC(高級アルコール工業社製)、エキセパール MY−M(花王社製)、スパームアセチ(日油社製)、EMALEX CC−10(日本エマルジョン社製)等が含まれる。これらの市販品は、二種類以上の混合物であることが多いため、必要に応じて分離・精製してもよい。
なお、上記脂肪酸アミドの例には、ラウリン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、および12−ヒドロキシステアリン酸アミドなど(例えば、日本化成社製 ニッカアマイドシリーズ、伊藤製油社製 ITOWAXシリーズ、花王社製 FATTYAMIDシリーズ等)が含まれる。
また、上記N−置換脂肪酸アミドの例には、N−ステアリルステアリン酸アミドおよびN−オレイルパルミチン酸アミドなどが含まれる。
また、上記特殊脂肪酸アミドの例には、N,N´−エチレンビスステアリルアミド、N,N´−エチレンビス−12−ヒドロキシステアリルアミド、およびN,N´−キシリレンビスステアリルアミドなどが含まれる。
また、上記高級アミンの例には、ドデシルアミン、テトラデシルアミンおよびオクタデシルアミンなどが含まれる。
インクに含まれるゲル化剤は二種類以上の混合物であってもよい。
1−1−5.結晶造核剤
上記白色インクは結晶造核剤を含んでもよい。
上記結晶造核剤の例には、(ポリ)グリセリン骨格と前記(ポリ)グリセリン骨格に結合した炭素原子数が15以上のアルキル基とを有する(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル化合物が含まれる。
(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル化合物は、その構造中に含まれるグリセリン構造が有機溶媒中で互いに強く相互作用するため、アルキル基を外側に向けたミセル様の構造を形成する。そして、この外側に向けられたアルキル基がゲル化剤の有する炭素鎖と相互作用するため、(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル化合物はゲル化剤の結晶化の起点となり、結晶核生成を促進するものと考えられる。この時、系中はゲル化剤の核生成速度が高い状態となるため、ゲル化剤の結晶成長が抑制されてゲル化剤の結晶サイズが縮小される。その結果として、ゲル化剤の結晶に起因する白色硬化膜の表面の粗さは低下し、白色硬化膜の表面における第2インクの濡れは良化する。
(ポリ)グリセリンとは、グリセリンまたはポリグリセリンを示し、ポリグリセリンとは、複数のグリセリンが重合した構造をもつものを示す。2個のグリセリンが結合したポリグリセリンをジグリセリン、3個のグリセリンが結合したポリグリセリンをトリグリセリン、10個のグリセリンが結合したポリグリセリンをデカグリセリンとも呼ぶ。
上記(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル化合物の例には、テトラグリセリントリステアレート、ヘキサグリセリントリステアレート、デカグリセリントリステアレート、およびデカグリセリントリステアレートヘプタベヘネートなどが含まれる。
上記結晶造核剤の含有量は、ゲル化剤の全質量に対して1.0質量%以上80質量%以下であることが好ましく、10質量%以上40質量%以下がさらに好ましい。上記含有量が1.0質量%以上であると、上記結晶造核剤がゲル化剤に対する結晶核として十分に作用して、白色硬化膜の表面粗さを適度に抑制することができる。上記含有量が80質量%以下であると、結晶核生成が過剰になりにくく、ゲル化剤にカードハウス構造を十分に形成させて、インクのピニング性の低下を抑制することができる。
このとき、(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル化合物のアルキル基の炭素数が15以上であるとゲル化剤との相互作用がより生じやすくなるため、ゲル化剤の結晶の粗大化が抑制されやすく、白色硬化膜の表面での第2インクの濡れが高くなりやすい。上記アルキル基の炭素原子数は、特に限定されないが、吐出安定性の観点から、40以下であることが好ましく、30以下であることがより好ましい。
上記(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル化合物が有するアルキル基は、炭素原子数15以上の直鎖部分を含むものであればよい。上記炭素原子数15以上の直鎖部分を含むアルキル基の例には、ドコサニル基(C22)、イコサニル基(C20)、オクタデカニル基(C18)、ヘプタデカニル基(C17)、ヘキサデカニル基(C16)、ペンタデカニル基(C15)などが含まれる。
上記(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル化合物は、上記ゲル化剤と、アルキル基の直鎖部分の長さが類似していることが好ましい。具体的には、上記(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル化合物の有するアルキル基は、少なくとも一つの上記アルキル基が有する直鎖部分の炭素原子数と、ゲル化剤の有するアルキル基の少なくとも1つにおける直鎖部分の炭素原子数と、の差は2以下であることが好ましい。上記アルキル基間の炭素原子数の差が2以下であると、結晶造核剤とゲル化剤の相互作用がより高まり、ゲル化剤の結晶核生成が促進されて白色硬化膜の過剰な疎面化が抑制されるため、白色硬化膜上で第2インクがより濡れやすくなり、白色硬化膜と第2インクの硬化膜との接着性がより高くなる。
1−1−6.結晶成長阻害剤
上記白色インクは結晶成長阻害剤を含んでもよい。
上記結晶成長阻害剤は、炭素原子数15以上の直鎖部分を含むアルキル鎖を有する化合物である。結晶成長阻害剤が有する上記アルキル鎖は、ゲル化剤が有するアルキル鎖と相互作用しやすい。そのため、上記結晶成長阻害剤は、ゲル化剤の結晶成長面へ吸着して、ゲル化剤の結晶成長を抑制することができる。このようにしてゲル化剤の結晶サイズが縮小され、結果としてゲル化剤の結晶に起因する塗膜表面の表面粗さ(算術平均高さSa)は低下し、白色硬化膜に対しての第2インクの濡れは良化する。
上記白色インクに含まれる結晶成長阻害剤の含有量は、ゲル化剤の全質量に対して1.0質量%以上80質量%以下であることが好ましい。上記含有量が1.0質量%以上であると、上記結晶成長阻害剤がゲル化剤の結晶成長を十分に阻害して、白色硬化膜の表面粗さを適度に抑制することができる。上記含有量が80質量%以下であると、結晶成長を過度に抑制してしまいにくく、ゲル化剤にカードハウス構造を十分に形成させて、インクのピニング性の低下を抑制することができる。
上記結晶成長阻害剤が有するアルキル基は、炭素原子数15以上の直鎖部分を含むものであればよい。上記炭素原子数15以上の直鎖部分を含むアルキル基の例には、ドコサニル基(C22)、イコサニル基(C20)、オクタデカニル基(C18)、ヘプタデカニル基(C17)、ヘキサデカニル基(C16)、ペンタデカニル基(C15)などが含まれる。
上記結晶成長阻害剤の例には、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタム等の石油系ワックス;キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、木ロウ、ホホバ油、ホホバ固体ロウ、及びホホバエステル等の植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン及び鯨ロウ等の動物系ワックス;モンタンワックス、及び水素化ワックス等の鉱物系ワックス;硬化ヒマシ油又は硬化ヒマシ油誘導体;モンタンワックス誘導体、パラフィンワックス誘導体、マイクロクリスタリンワックス誘導体又はポリエチレンワックス誘導体等の変性ワックス;ベヘン酸、アラキジン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、オレイン酸、及びエルカ酸等の高級脂肪酸;ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール等の高級アルコール;12−ヒドロキシステアリン酸等のヒドロキシステアリン酸;12−ヒドロキシステアリン酸誘導体が含まれる。
1−1−7.重合禁止剤
上記白色インクは、重合禁止剤を含有してもよい。
上記重合禁止剤の例には、(アルキル)フェノール、ハイドロキノン、カテコール、レゾルシン、p−メトキシフェノール、t−ブチルカテコール、t−ブチルハイドロキノン、ピロガロール、1,1−ピクリルヒドラジル、フェノチアジン、p−ベンゾキノン、ニトロソベンゼン、2,5−ジ−t−ブチル−p−ベンゾキノン、ジチオベンゾイルジスルフィド、ピクリン酸、クペロン、アルミニウムN−ニトロソフェニルヒドロキシルアミン、トリ−p−ニトロフェニルメチル、N-(3−オキシアニリノ−1,3−ジメチルブチリデン)アニリンオキシド、ジブチルクレゾール、シクロヘキサノンオキシムクレゾール、グアヤコール、o−イソプロピルフェノール、ブチラルドキシム、メチルエチルケトキシム、シクロヘキサノンオキシムが含まれる。
1−1−8.その他の成分
上記白色インクには、必要に応じて他の成分がさらに含まれていてもよい。他の成分は、各種添加剤や他の樹脂等であってよい。添加剤の例には、界面活性剤、レベリング添加剤、マット剤、赤外線吸収剤、抗菌剤、インクの保存安定性を高めるための塩基性化合物等も含まれる。塩基性化合物の例には、塩基性アルカリ金属化合物、塩基性アルカリ土類金属化合物、アミンなどの塩基性有機化合物などが含まれる。他の樹脂の例には、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、およびゴム系樹脂等の硬化膜の物性を調整するための樹脂などが含まれる。
上記白色インクは、後述する活性線硬化型インクと組み合わせて、インクセットとしてもよい。インクセットに用いられる第2インクは特に限定されることはなく、目的とする画像にあわせて適当なインクを選択することができる。
1−1−9.インクの物性
上述したように、上記白色インクは、ゲル化剤を含む。そのため、上記白色インクは、温度により可逆的にゾルゲル相転移することができる。一般に、ゾルゲル相転移型の活性線硬化型インクは、高温(例えば80℃程度)ではゾルであるため、インクジェットヘッドから吐出することができるが、記録媒体に付着した後、自然冷却されてゲル化する。これにより、隣り合うドット同士の合一を抑制し、画質を高めることができる。
上記白色インクが上記ゲル化剤を含む場合、上記白色インクの射出性を高めるためには、高温下におけるインクの粘度が一定以下であることが好ましい。具体的には、80℃におけるインクの粘度が3〜20mPa・sであることが好ましく、6.0〜15.0mPa・sであることがより好ましく、7.0〜12.0mPa・sであることがさらに好ましい。一方、隣り合うドットの合一を抑制するためには、付着後の常温下におけるインクの粘度が一定以上であることが好ましい。具体的には、上記白色インクの25℃における粘度は1000mPa・s以上であることが好ましい。
上記白色インクが上記ゲル化剤を含む場合、そのゲル化温度は、40℃以上70℃以下であることが好ましく、50℃以上65℃以下であることがより好ましい。射出温度が80℃近傍である場合に、インクのゲル化温度が70℃を超えると、射出時にゲル化が生じやすいため射出性が低くなる。一方、ゲル化温度が40℃未満であると、記録媒体に付着後、速やかにゲル化しないからである。ゲル化温度とは、ゾル状態にあるインクを冷却する過程において、ゲル化して流動性が低下するときの温度である。
また、上記白色インクの80℃における粘度、25℃における粘度およびゲル化温度は、レオメータにより、インクの動的粘弾性の温度変化を測定することにより求めることができる。具体的には、インクを100℃に加熱し、剪断速度11.7(1/s)、降温速度0.1℃/sの条件で25℃まで冷却したときの、粘度の温度変化曲線を得る。そして、80℃における粘度と25℃における粘度は、粘度の温度変化曲線において80℃、25℃における粘度をそれぞれ読み取ることにより求めることができる。ゲル化温度は、粘度の温度変化曲線において、粘度が200mPa・sとなる温度として求めることができる。
レオメータは、Anton Paar社製のストレス制御型レオメータ(PhysicaMCRシリーズ)を用いることができる。コーンプレートの直径は75mm、コーン角は1.0°とすることができる。
1−1−10.白色インクの調製
上記白色インクは、前述の酸化チタン、活性線重合性化合物、ゲル化剤、およびその他各成分と、を加熱下において混合することにより調製されうる。また、得られた混合液を所定のフィルターで濾過することが好ましい。このとき、上記白色顔料および界面活性剤を含む分散液をあらかじめ調製しておき、これに残りの成分を添加して加熱しながら混合してもよい。
1−2.白色インクの吐出および付着
本発明に係る第1画像形成工程は、上記白色インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、記録媒体の表面に付着させる工程である。以下、第1画像形成工程を説明する。
上記白色インクをインクジェットヘッドから吐出させて記録媒体上に付着させる工程において、インクジェットヘッド内の上記白色インクの温度を、インクのゲル化温度より10〜30℃高い温度に設定することで、インク液滴の吐出性を高めることができる。インクジェットヘッド内の上記白色インクの温度を、上記ゲル化温度よりも10℃以上高くすることで、インクジェットヘッド内またはノズル表面でインクがゲル化することを抑制し、インク液滴の吐出を安定させやすくなる。一方、インクジェットヘッド内の上記白色インクの温度を、ゲル化温度よりも30℃超の温度としないことで、インクが高温になることによるインク成分の劣化を防ぐことができる。インクは、画像形成装置のインクジェットヘッドや、インクジェットヘッドに接続したインク流路、インク流路に接続したインクタンクなどで加熱されうる。
また、インクの液滴が付着する際の記録媒体の温度は、インクのゲル化温度よりも10〜20℃低い温度に設定されていることが好ましい。記録媒体の温度が低すぎると、インクの液滴が過剰に迅速にゲル化してピニングしてしまう。一方で、記録媒体の温度が高すぎると、インク液滴がゲル化しにくくなり、隣り合う液滴同士が混じりあうことがある。記録媒体の温度を適切に調整することで、隣り合う液滴同士が混じり合わない程度の適度なレベリングと、適切なピニングとを両立できる。
インクジェットヘッドのノズルから吐出される1滴あたりの液滴量は、画像の解像度にもよるが、0.5〜10pLの範囲内であることが好ましく、高精細の画像を形成するためには0.5〜4.0pLの範囲内であることがより好ましい。このような液滴量で高精細な画像を形成するには、記録媒体に付着した後のインク液滴が合一しない、つまりインクが十分にゾルゲル相転移する必要がある。上記白色インクでは、ゾルゲル転移が速やかに行われる。したがって、このような液滴量でも高精細な画像を安定して形成することができる。
上記記録媒体に付着したインク液滴は冷却されてゾルゲル相転移により速やかにゲル化する。これにより、インク液滴が拡散せずに、ピニングされうる。また、インク液滴中に酸素が入り込みにくいため、活性線重合性化合物の硬化が酸素によって阻害されにくい。
上記白色インクは、硬化後の総インク液滴膜厚が1〜20μmの範囲内となるように付着させられることが好ましい。ここで「総インク液滴膜厚」とは、記録媒体に描画された上記白色インクを硬化してなる白色硬化膜からなる厚みの最大値を意味する。
また、隠蔽性の向上、硬化性の向上およびカールの抑制を実現する観点からは、白色インクの付着量は、酸化チタン換算で0.6〜1.6g/mの範囲内であることが好ましい。
上記第1画像形成工程は、シングルパス方式およびスキャン方式のいずれの方式で行われてもよいが、シングルパス方式を採用することで、画像形成速度を速めることができる。
上記記録媒体の例には、アート紙、コート紙、軽量コート紙、微塗工紙キャスト紙、段ボールおよびアルミなどの金属の蒸着膜を堆積させた蒸着紙などを含む塗工紙ならびに非塗工紙を含む吸収性の媒体、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリエチレンテレフタレートおよびポリブタジエンテレフタレートを含むプラスチックで構成される非吸収性の記録媒体(プラスチック基材)、ならびに金属類およびガラス等の非吸収性の無機記録媒体が含まれる。なお、記録媒体は目的に応じて適宜選択することができる。
上記記録媒体の搬送速度は、特に限定されないが、例えば、1〜120m/sの間で設定されうる。搬送速度が速いほど画像形成速度が速まる。
2.第1露光工程
本発明に係る第1露光工程は、第1画像形成工程の後に行われる。第1露光工程は、記録媒体の第1画像形成面側(記録媒体の表面側)に付着している上記白色インクに活性線を照射して、上記記録媒体の第1画像形成面側に付着している上記白色インクを硬化させて、白色硬化膜を形成する工程である。
上記第1露光工程における上記白色インクが硬化してなる白色硬化膜(以下、単に「白色硬化膜」ともいう)の表面の算術平均高さSaは、白色硬化膜と第2インクの硬化膜との接着性を高める観点から、0.05μm以上0.30μm以下であることが好ましく、0.05μm以上0.20μm以下であることがより好ましい。
白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが0.05μm以上であることによりアンカー効果により両膜間の接着性が良好になり、Saが0.30μm以下であることによりハス効果を抑制し第2インクのハジキを抑制することができ両膜間の接着性が良好になると考えられる。
上記白色硬化膜の表面の算術平均高さSaは、白色硬化膜の表面へのゲル化剤の結晶の析出を適度に抑制することで、上記範囲に調整することができる。具体的には上記白色硬化膜の表面の算術平均高さSaは、白色インク中のゲル化剤の含有量、白色インク中の結晶造核剤の含有量、白色インク中の結晶成長阻害剤の含有量、第1露光工程における雰囲気の酸素濃度、および形成された白色硬化膜の表面の平滑化処理などにより、上記範囲に調整することができる。
2−1.活性線の照射
上記記録媒体の表面に付着している上記白色インクに照射する活性線は、紫外線LEDからの紫外線であることが好ましい。一般的な紫外線の光源として、メタルハライドランプが挙げられるが、紫外線LEDを光源とすることで、光源の輻射熱によってインクが溶ける、すなわち、インクの硬化膜表面に硬化不良が生じることを抑制できる。また、400nm以下の波長領域では、波長が短くなるほど酸化チタンによる吸収が大きくなる。したがって、インクを適切に硬化させる観点からは、紫外線LEDのピーク波長は、385〜400nmの範囲内が好ましい。紫外線LEDを有する光源の例には、PhpseonTechnology社製の水冷式の紫外線照射ユニット(ピーク波長:395nm)が含まれる。
上記活性線の照射条件は、インクの組成などに応じて適宜設定されうる。たとえば、紫外線LEDを有する光源を、上記記録媒体の表面に付着した上記白色インクの表面における最高照度が0.5〜10.0W/cmとなるように設置することが好ましく、1.0〜5.0W/cmとなるように設置することがより好ましい。なお、上記活性線の照射について、上記白色インクの厚みは無視できる範囲であるので、上記記録媒体の表面に付着した白色インク表面における最高照度の調整は、上記記録媒体の表面での最高照度の調整によって行ってもよい。
上記のインクジェット用の活性線硬化型白色インクを硬化させる第1露光工程は低酸素濃度下で行ってもよい。
ラジカル重合性化合物は硬化反応が酸素によって阻害されることがよく知られている。たとえば大気中(通常の酸素濃度下)でラジカル重合性化合物を含むインクを硬化させると、塗膜表面でのラジカル重合が阻害され硬化が遅くなる。一方、低酸素濃度雰囲気下で露光を行うと、ラジカル反応が阻害されにくく、硬化が速くなる。
そのため、低酸素濃度雰囲気下で白色インクを露光し、硬化速度を速めると、ゲル化剤の塗膜表面での析出が進行する前にインクを硬化させることができる。これにより、白色硬化膜の表面の粗さを、大気中(通常の酸素濃度下)で硬化させた硬化膜と比較して低下させることができる。
すなわち、白色インクの塗膜を低酸素濃度雰囲気下で露光すると、疎水性の強いゲル化剤の塗膜表面での析出が抑制され、白色硬化膜の表面の粗さを低下させることができる。その結果、ハス効果を抑制でき、白色硬化膜の表面での第2インクのハジキを抑えることができる。
ゲル化剤の塗膜の表面での析出を抑制し、白色硬化膜の表面の算術平均高さSa(表面粗さ)を低くするという観点から、露光する際の酸素濃度は15体積%以下が好ましく、10体積%以下がさらに好ましい。酸素濃度の下限は特に制限されないものの、たとえば、0.01体積%以上であることが好ましい。
上記の低酸素濃度雰囲気を形成する方法の例としては、塗膜に窒素ガスなどを吹き付ける方法、内部に窒素ガスを充満させた容器または部屋を用いる方法、あるいは密閉された減圧容器を用いる方法などが挙げられる。特に、手法の簡便さから、窒素ガスを用いて酸素濃度を下げる方法が有効である。
3.白色硬化膜を平滑化する工程
本発明の画像形成方法は、上記の第1露光工程と、後述する第2画像形成工程との間において、白色硬化膜を平滑化する工程(以下、単に平滑化工程ともいう)を有していてもよい。
平滑化工程は、ゲル化剤に由来して白色硬化膜の表面に形成されている微細な凹凸を平滑化する工程である。
平滑化工程は、凹凸を機械的に平滑化することにより、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaを低下させ、ハス効果を抑制し、白色硬化膜の表面に付与される第2インクの濡れ性を良好にすることができる。白色硬化膜を平滑化する方法の例には、押圧、擦過等の機械的な平滑化が含まれる。
押圧は、印刷装置内での連続的な使用を考慮すると圧延ローラーなどによって行われることが好ましい。また、押圧は、白色硬化膜の表面の算術平均高さSa(表面粗さ)を上記範囲に調整するという観点から、10kPa以上200kPa以下の圧力をかけることが好ましく、20kPa以上100kPa以下の圧力をかけることがより好ましい。上記圧力が10kPa以上であると、白色硬化膜の表面の算術平均高さを上記範囲に低下させやすく、上記圧力が200kPa以下であると、基材へのダメージが生じにくい。
4.第2画像形成工程
本発明に係る第2画像形成工程は、第1露光工程の後に行われる。第2画像形成工程では、活性線重合性化合物を含有するインクジェット用の活性線硬化型インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、記録媒体の表面に形成された上記白色硬化膜上に付着させて、画像を形成する工程である。第2画像形成工程で使用する上記第2インクは、画像形成を容易にさせる観点から、第1画像形成工程で使用する上記白色インクと同様にインクジェットによって吐出可能なインクであることが好ましい。
4−1.第2インク
第2画像形成工程で使用する活性線硬化型インクは、活性線重合性化合物を含む活性線硬化型インクである。また、第2インクは、色材、重合開始剤、ゲル化剤、界面活性剤および重合禁止剤を含んでもよい。以下、各成分の詳細な説明を通じて本発明に係る白色インクについて説明を行う。
4−1−1.色材
上記第2インクには、色材が含まれることが好ましい。上記色材には、顔料および染料が含まれる。上記第2インクの分散安定性をより高め、かつ耐候性が高い画像を形成する観点からは、色材は顔料であることが好ましい。
上記顔料の例には、カラーインデックスに記載される下記の有機顔料および無機顔料が含まれる。
赤またはマゼンタ顔料の例には、Pigment Red 3、5、19、22、31、38、43、48:1、48:2、48:3、48:4、48:5、49:1、53:1、57:1、57:2、58:4、63:1、81、81:1、81:2、81:3、81:4、88、104、108、112、122、123、144、146、149、166、168、169、170、177、178、179、184、185、208、216、226、257、Pigment Violet 3、19、23、29、30、37、50、および88、ならびにPigment Orange 13、16、20、および36が含まれる。
青またはシアン顔料の例には、pigment Blue 1、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、17−1、22、27、28、29、36、および60が含まれる。
緑顔料の例には、Pigment Green 7、26、36、および50が含まれる。
黄顔料の例には、Pigment Yellow 1、3、12、13、14、17、34、35、37、55、74、81、83、93、94、95、97、108、109、110、137、138、139、153、154、155、157、166、167、168、180、185、および193が含まれる。
黒顔料の例には、Pigment Black 7、28、および26が含まれる。
染料の例には、各種の油溶性染料が含まれる。
上記顔料または染料の含有量は、上記第2インクの全質量に対して1質量%以上30質量%以下であることが好ましく、2質量%以上20質量%以下であることがより好ましい。上記顔料または染料の含有量が、上記第2インクの全質量に対して2質量%以上であると、得られる画像の発色が十分となる。また、上記顔料または染料の含有量が上記第2インクの全質量に対して20質量%以下であると、インクの粘度が高まりすぎない。
4−1−2.活性線重合性化合物
上記第2インクは、上記第1画像形成工程で使用する白色インクと同様に、活性線重合性化合物を含む。第2画像形成工程で使用できる活性線重合性化合物は、上記第1画像形成工程で使用する白色インクに含有できる活性線重合性化合物の例に示される化合物と同様の化合物を使用することができる。
4−1−3.重合開始剤
上記第2画像形成工程で第2インクに含むことができる重合開始剤は、上記第1画像形成工程で使用する白色インクに含むことができる重合開始剤の例に示される化合物と同様の化合物を使用することができる。
4−1−4.ゲル化剤
上記第2インクには、ゲル化剤が含まれてもよい。上記第2画像形成工程で使用できるゲル化剤は、上記第1画像形成工程で使用する白色インクに含有できるゲル化剤の例に示される化合物と同様の化合物を使用することができる。
上記ゲル化剤の含有量は、上記第2インクの全質量に対して、0.01質量%以上7.0質量%以下であることが好ましく、0.01質量%以上4.0質量%以下であることがより好ましく、1.0質量%以上4.0質量%以下であることがより好ましい。
上述したように、白色硬化膜の表面に接して他の活性線硬化型インクを付与すると、白色硬化膜の表面で上記他の活性線硬化型インクがはじかれてしまい、画像の密着性が低下しやすい。これに対し、上記活性線硬化型インクがゲル化剤を含有することにより、上記ゲル化剤の結晶が、第2インクの硬化物のうち、上記白色硬化膜との界面に析出する。この析出したゲル化剤の結晶は、典型的にはある程度の長さの炭化水素鎖を有するため、上記白色硬化膜中の、活性線重合性化合物の重合および架橋により生成した炭化水素鎖との間の親和性が高い。これにより、ゲル化剤は、第2インクの硬化物と白色硬化膜との間に相互作用を生じさせて、第2インクの硬化物と白色硬化膜との間の密着性を向上させることができる。そのため、上記白色硬化膜の硬化率をより高めて、白色硬化膜とその上に形成される硬化膜との間の密着性を高めることができる。
また、上記ゲル化剤を含有することにより、白色硬化膜の表面に付与された上記第2インクを増粘させることができる。この第2インクの増粘によっても、上記白色硬化膜上に上記インクを付着させた場合に、その表面で上記第2インクがはじかれることを抑制して、白色硬化膜とその上に形成される硬化膜との間の密着性を高めることができると考えられる。
4−1−5.重合禁止剤
上記第2画像形成工程で使用する、上記第2インクは、重合禁止剤を含有してもよい。上記第2画像形成工程で使用できる重合禁止剤は、上記第1画像形成工程で使用する白色インクに含有できる重合禁止剤の例に示される化合物と同様の化合物を使用することができる。
4−1−6.第2インクの調製
上記第2インクは、前述の活性線重合性化合物と、任意の各成分とを、加熱下において混合することにより調製されうる。得られた混合液を所定のフィルターで濾過することが好ましい。第2インクが顔料を含むときは、上記顔料および分散剤を含む分散液をあらかじめ調製しておき、これに残りの成分を添加して加熱しながら混合してもよい。
4−1−7.第2インクの物性
上記第2インクの粘度は、記録媒体に上記第2インクを付着させるときの記録媒体の温度において1×10〜1×10Pa・sの範囲内であることが好ましい。上記第2インクの粘度を1×10Pa・s以上とすることで、記録媒体に付着した後に隣り合う液滴の合一を抑制することができる。また、上記第2インクの粘度を1×10Pa・s以下とすることで、液滴が基材に適度に濡れ広がり、スジ感のない高精細な画像を得ることができる。上記第2インクの粘度は、レオメータにより測定されうる。レオメータは、AntonPaar社製のストレス制御型レオメータ(PhyMCRシリーズ)を用いることができる。コーンプレートの直径は75mm、コーン角は1.0°とすることができる。
なお、上記第2インクは、ゲル化剤を含むとき、上記白色インクと同様に、80℃におけるインクの粘度が3〜20mPa・sであることが好ましく、6.0〜15.0mPa・sであることがより好ましく、7.0〜12.0mPa・sであることがさらに好ましい。また、このとき、上記第2インクの25℃における粘度は1000mPa・s以上であることが好ましい。また、このとき、上記第2インクのゲル化温度は、40℃以上70℃以下であることが好ましく、50℃以上65℃以下であることがより好ましい。
4−2.第2インクの吐出および付着
第2画像形成工程では、第1画像形成工程、第1露光工程を経て、記録媒体上に形成された上記白色硬化膜上に、上記第2インクをインクジェット方式で付着させて、画像を形成する。このとき、上記第2インクは、上記白色インクが硬化してなる白色硬化膜の一部または全部を覆うように、上記白色硬化膜上に上塗りされる。
画像形成装置のインクジェットヘッドで上記第2インク液滴を吐出する場合、インクジェットヘッド内の上記第2インクの温度を、インクのゲル化温度より10〜30℃高い温度に設定することで、上記第2インク液滴の吐出性を高めることができる。インクジェットヘッド内の上記第2インク温度を、ゲル化温度よりも10℃以上高くすることで、インクジェットヘッド内またはノズル表面で上記第2インクがゲル化することを抑制し、上記第2インク液滴の吐出を安定させやすくなる。一方、インクジェットヘッド内の上記第2インクの温度を、ゲル化温度よりも30℃超の温度としないことで、上記第2インクが高温になることによるインク成分の劣化を防ぐことができる。上記第2インクは、画像形成装置のインクジェットヘッドや、インクジェットヘッドに接続したインク流路、インク流路に接続したインクタンクなどで加熱されうる。
また、上記第2インクの液滴が付着する際の記録媒体の温度(あるいは、白色硬化膜の表面温度)は、上記第2インクのゲル化温度よりも10〜20℃低い温度に設定されていることが好ましい。記録媒体の温度が低すぎると、上記第2インクの液滴が過剰に迅速にゲル化してピニングしてしまう。一方で、記録媒体の温度が高すぎると、上記第2インクの液滴がゲル化しにくくなり、隣り合う液滴同士が混じりあうことがある。記録媒体の温度を適切に調整することで、隣り合う液滴同士が混じり合わない程度の適度なレベリングと、適切なピニングとを両立できる。
インクジェットヘッドの各ノズルから吐出される1滴あたりの液滴量は、画像の解像度にもよるが、0.5〜10pLの範囲内であることが好ましく、高精細の画像を形成するためには0.5〜2.5pLの範囲内であることがより好ましい。このような液滴量で高精細な画像を形成するには、上記白色硬化膜に付着した後の第2インク液滴が合一しない、つまり上記第2インクが十分にゾルゲル相転移する必要がある。上記第2インクでは、ゾルゲル転移が速やかに行われる。したがって、このような液滴量でも高精細な画像を安定して形成することができる。
上記白色硬化膜上に付着した第2インク液滴は冷却されてゾルゲル相転移により速やかにゲル化する。これにより、インク液滴が拡散せずに、ピニングされうる。また、上記第2インク液滴中に酸素が入り込みにくいため、活性線重合性化合物の硬化が酸素によって阻害されにくい。
上記第2インクは、硬化後の総インク液滴膜厚が5〜25μmの範囲内となるように付着させられることが好ましい。ここでの「総インク液滴膜厚」とは、記録媒体上に形成された上記白色硬化膜と、上記白色硬化膜上に形成された第2インクの硬化膜からなる厚みの最大値を意味する。
第2画像形成工程は、第1画像形成工程と同様に、シングルパス方式およびスキャン方式のいずれの方式で行われてもよいが、シングルパス方式を採用することで、画像形成速度を速めることができる。
また、記録媒体の搬送速度は、特に限定されないが、例えば1〜120m/sの間で設定されうる。搬送速度が速いほど画像形成速度が速まる。
5.第2露光工程
第2露光工程は、第2画像形成工程の後に行われる。上記第2露光工程では、たとえば、記録媒体の画像形成面側に形成された上記白色硬化膜上に付着している未反応の上記第2インクに波長350〜410nmの範囲内の光を含む活性線を照射して、上記白色硬化膜上の第2インクを硬化させる。
また、上記第1露光工程および第2露光工程のように、2段階露光で各インクを硬化させることにより、一括露光で活性線硬化型インクと活性線硬化型白色インクを同時に硬化させて画像形成を行う場合と異なり、白色インク、第2インクのそれぞれに適した光量で露光することができる。
たとえば、顔料として酸化チタンを含む白色インクでは、酸化チタンによる光散乱効果によって第2インクより低光量で硬化することが知られている。このように白色インクと第2インクとでは適切な硬化光量が異なる。したがって、たとえば白色インクと第2インクを続けて印字し一括露光させると、白色インクでは過剰に硬化が進み膜強度を保てず、硬化膜が劣化、剥離することがある一方、第2インクでは光量不足により硬化不良となることがあり得る。
6.画像形成装置
図1は、本発明の実施形態に係るインクジェット用の画像形成装置100(以下、単に「画像形成装置」ともいう)の例示的な構成を示す模式図である。図1に示されるように、画像形成装置100は、白色インク用のインクジェットヘッド110a、第2インク用のインクジェットヘッド110b(以下、単に「インクジェットヘッド110a、110b」ともいう)、搬送路120、白色インクに活性線を照射する活性線照射部130a、第2インクに活性線を照射する活性線照射部130b(以下、単に「活性線照射部130a、130b」ともいう)、温度制御部140および白色インクに活性線を照射中の酸素濃度を調整するための酸素濃度調整部150a、第2インクに活性線を照射中の酸素濃度を調整するための酸素濃度調整部150b(以下、単に「酸素濃度調整部150a、150b」ともいう)を有する。なお、図1において、矢印Aは記録媒体160の搬送方向を示す。インクジェットヘッド110a、酸素濃度調整部150a、活性線照射部130a、インクジェットヘッド110b、酸素濃度調整部150b、および活性線照射部130bは、記録媒体の搬送方向上流側から下流側にかけて搬送路120に接してこの順に配置されている。
本発明の実施形態に係る画像形成装置100は、上述した活性線硬化型インクを用いて画像を形成する、画像形成装置である。
上記白色インクの付着および定着、ならびに上記第2インクの付着および定着を単一の画像形成装置で行う場合、図1に示されるような構成の画像装置100を用いることができる。なお、活性線硬化型インクジェット方式の画像形成装置には、ライン記録方式(シングルパス記録方式)のものと、シリアル記録方式のものとがある。求められる画像の解像度や記録速度に応じていずれの方式を選択してもよいが、高速記録の観点では、ライン記録方式(シングルパス記録方式)が好ましい。
具体的には、本発明の画像形成装置100は、インクジェットヘッド110a、110bから、40〜120℃に加熱された第2インクを吐出する、インク吐出部と、吐出された活性線硬化型インクを付着させる記録媒体160を搬送して、その表面温度が60℃以下である記録媒体160の表面に上記インクを付着させる、搬送路120と、付着した白色インクまたは第2インクに活性線を照射する活性線照射部130a、130bと、記録媒体を所定の温度に維持するための温度制御部140と、活性線を照射中の酸素濃度を調整するための酸素濃度調整部150a、150bと、を含む、画像形成装置である。
図1に示されるように、画像形成装置100は、さらに、活性線硬化型白色インク用のインクジェットヘッド110aを収容するヘッドキャリッジ170a、および活性線硬化型インク用の複数のインクジェットヘッド110bを収容するヘッドキャリッジ170b(以下、単に「ヘッドキャリッジ170a、170b」ともいう)と、ヘッドキャリッジ170aに接続したインク流路180aとインク流路180aを通じて供給する白色インクを貯留するインクタンク190aと、ヘッドキャリッジ170bに接続したインク流路180bとインク流路180bを通じて供給するインクを貯留するインクタンク190bとを有する。
ヘッドキャリッジ170aはインクジェットヘッド110aを、ヘッドキャリッジ170bはインクジェットヘッド110bを、それぞれ収容する。ヘッドキャリッジ170bには、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)およびブラック(K)の各色用のインクジェットヘッドが含まれる。ヘッドキャリッジ170aおよび170bは、例えば、記録媒体160の全幅を覆うように固定配置される。
インクジェットヘッド110aには、インクタンク190aから白色インクが供給され、インクジェットヘッド110bには、インクタンク190bから第2インクが供給されるようになっている。
記録媒体160の搬送方向Aに配置されるインクジェットヘッド110a、110bの数は、インクジェットヘッド110a、110bのノズル密度と、印刷画像の解像度によって設定される。たとえば、液滴量2pl、ノズル密度360dpiのインクジェットヘッド110a、110bを用いて1440dpiの解像度の画像を形成する場合には、記録媒体160の搬送方向Aに対してそれぞれ4つのインクジェットヘッド110a、110bをずらして配置すればよい。また、液滴量6pl、ノズル密度360dpiのインクジェットヘッド110a、110bを用いて720×720dpiの解像度の画像を形成する場合には、それぞれ2つのインクジェットヘッド110a、110bをずらして配置すればよい。dpiとは、1インチ(2.54cm)当たりのインク液滴(ドット)の数を表す。
インクタンク190aは、ヘッドキャリッジ170aにインク流路180aを介して接続され、インクタンク190bは、ヘッドキャリッジ170bに、インク流路180bを介して接続されている。インク流路180aは、インクタンク190a中のインクをヘッドキャリッジ170aに供給する経路であり、インク流路180bは、インクタンク190b中のインクをヘッドキャリッジ170bに供給する経路である。インク液滴を安定して吐出するため、インクタンク190a、190b、インク流路180a、180b、ヘッドキャリッジ170a、170bおよびインクジェットヘッド110a、110bのインクを所定の温度に加熱して、ゲル状態を維持することが好ましい。
活性線照射部130aおよび130bは、記録媒体160の全幅を覆い、かつ記録媒体160の搬送方向Aについて、それぞれヘッドキャリッジ170a、170bの下流側に配置されている。活性線照射部130aおよび130bは、インクジェットヘッド110a、110bによりそれぞれ吐出されて、記録媒体160の上に付着したインク液滴に光を照射し、液滴を硬化させる。
温度制御部140は、記録媒体160の下面に配置されており、記録媒体160を所定の温度に維持する。温度制御部140は、例えば、図1に示すように、ヘッドキャリッジ170a側と、ヘッドキャリッジ170b側とで、分割されていてもよい。温度制御部140は、例えば、各種ヒータ等でありうる。
以下、画像形成装置100を用いた画像形成方法を説明する。図1に示されるように、画像形成装置100では、記録媒体160を、画像形成装置100のヘッドキャリッジ170aと温度制御部140との間に搬送する。一方で、記録媒体160を、温度制御部140により所定の温度に調整する。次いで、記録媒体160に、ヘッドキャリッジ170aのインクジェットヘッド110aから高温の白色インクのインク液滴を吐出して、記録媒体160上に付着させる。その後、活性線照射部130aにより、記録媒体160上に付着した白色インクのインク液滴に光を照射して硬化させる。
さらに、第2インク用のヘッドキャリッジ170bのインクジェットヘッド110bから高温のインク液滴を吐出して、記録媒体160上に付着させる。その後、活性線照射部130bにより、記録媒体160上に付着した第2インクのインク液滴に光を照射して硬化させる。
また、画像形成装置100は、活性線の照射時に酸素濃度を調整する酸素濃度調整部150を有していてもよい。酸素濃度調整部150aおよび150bは、それぞれ、照射部130aおよび130bによって活性線を照射されるときの、記録媒体160上にインクが付着した表面を取り囲む雰囲気の酸素濃度を調整する。
酸素濃度調整部150aおよび150bは、それぞれ、外部の排気装置等に接続されて、記録媒体の表面近傍の気体を吸引し排気可能な排気管151aおよび151bと、窒素ガス発生装置などの酸素濃度が低いガスを発生する装置に接続されて、記録媒体の表面近傍に酸素濃度が低い気体を供給できる、排気管151の下流側に設けられた供給管152aおよび152bと、を有する構成とすることができる。このとき、排気管151aおよび151bからの排気量および供給管152aおよび152bからのガスの供給量を調整して、上記雰囲気の酸素濃度を21%未満の所望の値に調整することができる。なお、図1では、排気管151aと供給管152aとが連続し、排気管151bと供給管152bとが連続している構成となっているが、上記酸素濃度への調整が可能な限りにおいて、排気管と供給管とは互いに離れた構成としてもよい。また、供給管152aおよび152bは、それぞれ、照射部130a、130bの近傍にあることが好ましく、例えば、照射部130a、130bと連続して設けてもよい。
なお、酸素濃度調整部150aおよび150bは、上記雰囲気の酸素濃度を21体積%未満の所望の値に調整することができる限り、排気管151aまたは151bを有さず、供給管152aまたは152bのみを有する構成であってもよい。また、酸素濃度調整部は、上記雰囲気の酸素濃度を15体積%以下に調製することができることが好ましく、10体積%以下に調製できることがさらに好ましい。酸素濃度調整部が調製できる、上記雰囲気の酸素濃度の下限は特に制限されないものの、たとえば0.01体積%以上であることが好ましい。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その思想の範囲内において、種々の変更が容認されることは言うまでもない。
たとえば、本発明は第2インクが付与される白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが上述した範囲であればよいく、その限りにおいて、上記第1画像形成工程、第1露光工程、第2画像形成工程および第2露光工程をこの順にすべて行う必要はない。具体的には、別途用意した、表面の算術平均高さSaが上述した範囲である白色硬化膜が形成された記録媒体に対して、上述した第2画像形成工程および第2露光工程を行ってもよい。
以下、実施例を参照して本発明をより詳細に説明する。これらの実施例によって本発明の範囲は限定して解釈されない。
<顔料分散液の調製>
(マゼンタ顔料分散液)
12質量部のBASF社製、EFKA7701(顔料分散剤)と、62質量部の新中村化学社製、DPGDA(光重合性化合物:ジプロピレングリコールジアクリレート)とをステンレスビーカーに入れ、加熱撹拌した。得られた溶液を冷却後、26質量部のBASF社製、CINQUASIA MAGENTA RT−355D(顔料)を加えて、直径0.5mmのジルコニアビーズとともにガラス瓶にいれて密栓し分散処理した。その後、ジルコニアビーズを除去して、マゼンタの顔料分散液Mを調製した。
(白顔料分散液)
18質量部のBASF社製、EFKA7701(顔料分散剤)と、47質量部の新中村化学社製、DPGDA(光重合性化合物:ジプロピレングリコールジアクリレート)とをステンレスビーカーに入れ、加熱撹拌した。得られた溶液を冷却後、35質量部の堺化学工業社製、TCR−52(顔料、酸化チタン)を加えて、直径0.5mmのジルコニアビーズとともにガラス瓶にいれて密栓し分散処理した。その後、ジルコニアビーズを除去して、白の顔料分散液Wを調製した。
<活性線硬化型インクジェットインクの調整>
(活性線硬化型インクジェットインクM1)
21.0質量部の上記調製した顔料分散液Mと、25.0質量部の2PO−NPGDA(PO変性ネオペンチルグリコールジアクリレート)、30.5質量部のDPGDA(ジプロピレングリコールジアクリレート)、13.0質量部の3EO−TMPTA(3EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート)、7.0質量部のBASF社製、DAROCURE TPO(光重合開始剤)と、0.2質量部のBASF社製、Irgastab UV10(重合禁止剤)と、1.5質量部の日油社製WE−11(ゲル化剤、ステアリン酸ベヘニル)と、1.7質量部の日油社製ユニスターM−9796(ゲル化剤、ステアリン酸ステアリル)を混合して、80℃で撹拌した。得られた溶液をADVATEC社製テフロン(登録商標)3μmメンブランフィルターでろ過してインクM1を調製した。
(活性線硬化型インクジェットインクM2)
DPGDA(ジプロピレングリコールジアクリレート)を33.8質量部として、日油社製WE−11(ゲル化剤、ステアリン酸ベヘニル)と日油社製ユニスターM−9796(ゲル化剤、ステアリン酸ステアリル)を含まないようにした以外は、上記の活性線硬化型インクジェットインクM1と同様にして、活性線硬化型インクジェットインクM2を調製した。
(活性線硬化型インクジェットインクW1)
28.0質量部の上記調製した顔料分散液Wと、24.0質量部の2PO−NPGDA(PO変性ネオペンチルグリコールジアクリレート)、23.9質量部のDPGDA(ジプロピレングリコールジアクリレート)、15.0質量部の3EO−TMPTA(3EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート)、7.0質量部のBASF社製、DAROCURE TPO(光重合開始剤)と、0.2質量部のBASF社製、Irgastab UV10(重合禁止剤)と、1.2質量部の日油社製WE−11(ゲル化剤、ステアリン酸ベヘニル)と、0.7質量部の日油社製ユニスターM−9796(ゲル化剤、ステアリン酸ステアリル)を混合して、80℃で撹拌した。得られた溶液をADVATEC社製テフロン(登録商標)3μmメンブランフィルターでろ過してインクW1を調製した。
(活性線硬化型インクジェットインクW2〜W10)
インクジェットインクの組成を表2、3に示すようにした以外は、インクW1と同様にしてインクW2〜W10を調製した。
[画像形成方法]
上記のようにして調製したインクを、ピエゾ型インクジェットノズルを備えたインクジェットヘッド(ノズル径20μm、ノズル数512ノズル(256ノズル×2列)、千鳥配列、一列のノズルピッチ360dpi)を有するライン方式の画像形成装置(図1参照)に装填した。インクジェットヘッドの温度は80℃に設定した。記録媒体の温度は30℃〜55℃の範囲に調節した。また、インク組成物を、一滴の液滴量が2.5plとなる吐出条件で、液滴速度約6m/sで出射させて1440dpi×1440dpiの解像度で記録した。記録速度は500mm/sとした。画像形成は、23℃、55RHの環境下で行った。
<白画像の形成>
A4サイズのアルミ蒸着紙(ハイピカ#75F 特種東海ホールディングス社製)の上に、白色インクW1〜W10のいずれかを用いて5×5cmのサイズの100%白色ベタ画像を形成した。次いで、形成した白色画像に、紫外線照射ユニット(Phoseon Technology社製LEDランプ)を用いて300mJ/cmの光量で露光した。
<酸素濃度調整下での白画像形成>
A4サイズのアルミ蒸着紙(ハイピカ#75F 特種東海ホールディングス社製)の上に、白色インクW7を用いて5×5cmのサイズの100%白色ベタ画像を形成した。次に、インクジェットヘッドと光源との間にガス供給ノズルを設置した画像形成装置を用いて酸素濃度を調整しながら白色硬化膜を形成した。具体的には、ガス供給ノズルに窒素ガス発生装置(コフロック株式会社製、N2 IMPACT)を0.5MPa・sの圧力で接続し、窒素(N)ガスをフローさせ、紫外線照射ユニット(Phoseon Technology社製LEDランプ)を用いて300mJ/cmの光量で露光することで白色硬化膜を形成した。尚、このとき画像近傍の酸素濃度を測定したところ酸素濃度は9体積%であった(実施例7)。
窒素ガスを0.07MPaで供給した以外は上記と同様にして酸素濃度調整下で白画像を形成した。尚、このときカバー内部の酸素濃度を測定したところ酸素濃度は17体積%であった(比較例5)。
<白画像の押圧処理>
A4サイズのアルミ蒸着紙(ハイピカ#75F 特種東海ホールディングス社製)の上に、白色インクW7を用いて5×5cmのサイズの100%白色ベタ画像を形成した。次いで、形成した白色画像に、紫外線照射ユニット(Phoseon Technology社製LEDランプ)を用いて300mJ/cmの光量で露光した。この硬化した白色画像に対して、ステンレス製の圧延ローラーを用い50kPaで押圧処理を施した(実施例8)。
上記の圧延ローラーを用いて5kPaで押圧処理を施した以外は同様にして白色画像に対して押圧処理を施した(比較例6)。
<算術平均高さSaの測定>
ここで、白色硬化膜の表面の算術平均高さSa(面表面粗さ)の測定は、KEYENCE社製レーザー顕微鏡VK−X250にて、対物レンズ150倍で観察をし、各ドット中心部の20μm×20μmの範囲内で、基準長20μmの範囲を設定し、算術平均高さSa(面表面粗さ)を測定した。なお、高さデータは、Saを算出する前にローパスフィルター(S−フィルター)およびハイパスフィルター(L−フィルター)によってノイズおよび基材のうねり、ドットそのものの形状に起因する凹凸などを補正した。
なお、算術平均高さSaは、10個のドットの表面にそれぞれ任意に選択された10箇所の基準長20μmの範囲を測定し、それらの平均とした。
<色画像の形成>
先に印字した白画像の上に、マゼンタインクM1を用いて、同じく5×5cmのサイズの100%マゼンタベタ画像を形成した。次いで、形成したマゼンタ画像に、紫外線照射ユニット(Phoseon Technology社製LEDランプ)を用いて500mJ/cmの光量で露光した。
<色インクと白インク塗膜間の接着力評価>
形成された画像に対して、ニチバン社製セロテープ(登録商標)CT−15Mを貼り、200gの錘で押圧したのちテープをはがした。テープ剥離の前後の濃度差(L*値)をコニカミノルタ社製濃度計FD−7により測定した。
<色インクの白インク上での濡れ広がり性評価(色インクのドット径)>
白インクの硬化膜上に印字された色インクの単一のドットをKEYENCE性社製デジタルレーザー顕微鏡VK−X250にて、対物レンズ10倍で観察をし、ドット20個分の直径を測定し平均値を得た。
それぞれの評価における測定値を下記の表1のようにランク付けして評価を行った。なお、評価ランクは数字が大きいほど良好である。
Figure 2020110949
下記の表2および表3に、実施例1〜8、比較例1〜6に用いたインク、白色インクの組成および評価結果を示す。
Figure 2020110949
Figure 2020110949
実施例1〜9は、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが0.05μm以上0.30μm以下であり、接着および濡れの両方の評価がともに良好であった。
比較例1〜6は、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが0.05μm以上0.3μm以下の範囲になく、接着または濡れの何れかの評価が不良であるか、あるいは両方の評価が不良であった。
実施例1と実施例2とを比較すると、実施例2ではゲル化剤が減量されていることにより、白色硬化膜の表面の算術平均高さSa(表面粗さ)が低下していることがわかる。これはゲル化剤の減量によりゲルの結晶サイズが縮小したことにより、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが低下したためと考えられる。また、実施例1と実施例2とを比較すると、実施例1ではSaが高いため、ハス効果により濡れ性が悪くなっている。
実施例3および実施例4は、結晶造核剤が白色インクに添加されている。これにより、結晶の数が多くなり、各々の結晶サイズが縮小したことにより、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが低いと考えられる。
実施例5および実施例6は、結晶成長阻害剤が白色インクに添加されている。これによりゲル化剤の結晶成長が阻害され、各々の結晶の成長が抑制され、結晶サイズが縮小したことにより、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが低いと考えられる。
実施例7と比較例5とをみると、実施例7の方が白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが低い。これは実施例7では、酸素濃度が低く、塗膜表面での重合速度がより速く、結晶が表面に析出しきる前に塗膜が形成されたため、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが低下したと考えられる。
実施例8と比較例6とをみると、実施例8の方が白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが低い。これは、実施例8では、より大きい力で白色硬化膜を押圧したため凹凸がならされ、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが低下したためと考えられる。
また、実施例8では、Saが比較的高いためハス効果により濡れ性が悪くなっていると考えられる。
実施例9と実施例1とを比較すると、実施例9ではマゼンタインクM2がゲル化剤を含まないため、白色硬化膜中のゲル化剤と、マゼンタインクM2中のゲル化剤との相互作用がなく、実施例1と比べて接着性が低くなったと考えられる。
比較例1は白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが低い。これは、比較例1ではゲル化剤を含有しないため、ゲル化剤の結晶に起因する凹凸形状が形成されないことによるものである。このような白色硬化膜では濡れ性は高いものの、アンカー効果が得られないため、接着性は低くなっている。
比較例2は、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが高い。これは比較例2では、ゲル化剤が多く、白色硬化膜の表面に結晶が多く析出し、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが増大したためと考えられる。また、比較例2では接着性が低い。これは疎水性の高いゲル化剤の結晶が白色硬化膜の表面に析出し、Saが高いため、ハス効果により、濡れ性が悪いためと考えられる。
比較例3は、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが低い。これは比較例3では、結晶造核剤の添加量が多すぎるため、白色硬化膜の表面で結晶が成長せず、算術平均高さSaが低下したためと考えられる。このため比較例3は、濡れ性は良好だが、アンカー効果が得られず、硬化膜間の接着力が不良でると考えられる。
比較例4は、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが低い。これは比較例4では結晶成長阻害剤の添加量が多すぎるため、白色硬化膜の表面で結晶が成長せず、算術平均高さSaが低下したためと考えられる。このため比較例4は、濡れ性は良好だが、アンカー効果が得られず、硬化膜間の接着力が不良でると考えられる。
比較例5は、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが高い。これは比較例5では酸素濃度が実施例7と比べて高いため、白色硬化膜の表面での重合速度が不足し、当該表面での結晶析出を抑制しきれず、白色硬化膜の表面で結晶が析出し、算術平均高さSaが高くなったためと考えられる。また、比較例5では接着性が低い。これは疎水性の高いゲル化剤の結晶が白色硬化膜の表面に析出し、Saが高いため、ハス効果により、濡れ性が悪いためと考えられる。
比較例6は、白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが高い。これは比較例6では白色硬化膜を押圧する圧力が弱すぎたため、白色硬化膜の表面の凹凸がならされず、当該表面の算術平均高さSaが高くなったため考えられる。また、比較例6では接着性が低い。これは疎水性の高いゲル化剤の結晶が白色硬化膜の表面に析出し、Saが高いため、ハス効果により、濡れ性が悪いためと考えられる。
本発明の画像形成方法によれば、白色硬化膜と第2インクの硬化膜との間の接着性を良好にすることができる。そのため、本発明は、インクジェット法による重ね塗り印刷の適用の幅を広げ、同分野の技術の進展および普及に貢献することが期待される。
100 画像形成装置
110a、110b インクジェットヘッド
120 搬送路
130a、130b 活性線照射部
140 温度制御部
150a、150b 酸素濃度調整部
151a、151b 排気管
152a、152b 供給管
160 記録媒体
170a、170b ヘッドキャリッジ
180a、180b インク流路
190a、190b インクタンク

Claims (10)

  1. 活性線重合性化合物、ゲル化剤、および酸化チタンを含有するインクジェット用の活性線硬化型白色インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、記録媒体の表面に付着させる第1画像形成工程と、
    前記記録媒体の表面に付着させた前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクに、活性線を照射して、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクを硬化させる第1露光工程と、
    活性線重合性化合物を含有するインクジェット用の活性線硬化型インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクが硬化してなる白色硬化膜の表面に付着させる第2画像形成工程と、
    前記白色硬化膜の表面に付着させた前記インクジェット用の活性線硬化型インクに、活性線を照射して、前記インクジェット用の活性線硬化型インクを硬化させる第2露光工程と、
    を有し、
    前記インクジェット用の活性線硬化型インクが着弾する前記白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが0.05μm以上0.30μm以下である、画像形成方法。
  2. 前記インクジェット用の活性線硬化型インクが着弾する前記白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが0.05μm以上0.20μm以下である、請求項1に記載の画像形成方法。
  3. 前記ゲル化剤は、下記一般式(G1)または(G2)で表される化合物を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の画像形成方法。
    一般式(G1)
    −CO−R(RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数が9以上25以下である直鎖状または分岐鎖状の炭化水素基)
    一般式(G2)
    −COO−R(RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数が9以上25以下である直鎖状または分岐鎖状の炭化水素基)
  4. 前記ゲル化剤の含有量は、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクの全質量に対して0.3質量%以上2.0質量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像形成方法。
  5. 前記活性線硬化型白色インクは結晶造核剤をさらに含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の画像形成方法。
  6. 前記活性線硬化型白色インクは結晶成長阻害剤をさらに含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の画像形成方法。
  7. 前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクを硬化させる前記第1露光工程は、15体積%以下の酸素濃度下で行われる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の画像形成方法。
  8. 前記第1露光工程と、前記第2画像形成工程との間において、前記白色硬化膜を平滑化する工程を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の画像形成方法。
  9. 前記インクジェット用の活性線硬化型インクは、ゲル化剤を含有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の画像形成方法。
  10. 活性線重合性化合物を含有するインクジェット用の活性線硬化型インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、活性線硬化型白色インクが硬化してなる白色硬化膜の表面に付着させる工程と、
    前記白色硬化膜の表面に付着させた前記インクジェット用の活性線硬化型インクに、活性線を照射して、前記インクジェット用の活性線硬化型インクを硬化させる工程と、
    を有し、
    前記インクジェット用の活性線硬化型インクが着弾する前記白色硬化膜の表面の算術平均高さSaが0.05μm以上0.30μm以下である、画像形成方法。
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